¿Cómo se elimina el aguijón del gas metano de efecto invernadero? Rompe uno de los lazos más fuertes de la naturaleza

Nueva Delhi: al disparar breves destellos de haces de rayos X a un catalizador de metal, los científicos han podido descomponer el metano (CH4), uno de los gases de efecto invernadero más potentes, transformándolo así en un compuesto menos peligroso.

Por primera vez, observaron una teoría de 40 años y explicaron qué procesos químicos intervienen en la división del enlace carbono-hidrógeno (CH) sin apenas usar energía.

La investigación, publicada en la revista Science el 1 de junio, fue dirigida por científicos de la Universidad de Uppsala de Suecia en colaboración con el Instituto Paul Scherrer de Suiza, la Universidad de Estocolmo, la Universidad de Hamburgo y el XFEL europeo, una instalación de investigación láser de rayos X en Alemania.

El metano se emite al medio ambiente a un ritmo cada vez mayor como resultado de la crianza de animales y el descongelamiento continuo del suelo congelado en todo el mundo.

Transformarlo en compuestos menos peligrosos y, de hecho, beneficiosos, eliminaría los peligros relacionados y proporcionaría productos químicos útiles como el etanol y el metanol.

Sin embargo, el proceso requiere el paso inicial de romper un enlace CH, uno de los enlaces químicos más fuertes de la naturaleza.

La razón por la que el enlace es tan fuerte es porque el átomo de hidrógeno es mucho más pequeño que el átomo de carbono, lo que lleva a una energía de enlace más alta. Existe una mayor fuerza de atracción debido a una menor distancia entre los núcleos de ambos.

Hace cuarenta años, los investigadores descubrieron que los catalizadores de metales moleculares pueden dividir los enlaces CH, donde un breve destello de luz visible pudo activar el catalizador, descomponiendo el compuesto de metano. Sin embargo, este estudio destaca cómo hay un intercambio en fracciones de electrones, que no requiere cambios drásticos de temperatura o presión.

"Hay cuatro enlaces CH en el metano y si podemos romper solo uno, el compuesto se puede convertir en algo útil. El costo habitual de energía para romper el enlace no es económico. Pero con el uso de la energía de la luz, se puede romper y convertir en otros productos químicos útiles como el etanol o el metanol", dijo a ThePrint Ambar Banerjee, autor principal del estudio.

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El equipo utilizó un catalizador de rodio que se colocó en una solución de alto octanaje para realizar experimentos en una técnica llamada espectroscopia de absorción de rayos X (XAS). Utilizaron dos de las fuentes de destellos de rayos X más potentes del mundo: el láser de rayos X SwissFEL y el sincrotrón de rayos X Swiss Light Source.

El enlace se rompió rápidamente, ya que la activación inicial del catalizador por los haces de rayos X ocurrió en 400 femtosegundos (0,0000000000004 segundos), mientras que el enlace CH final se rompió después de 14 nanosegundos (0,000000014 segundos).

Luego, los investigadores realizaron cálculos químicos cuánticos avanzados e identificaron cómo fluye una carga eléctrica entre el catalizador metálico y el grupo CH. Pudieron observar cómo fluía una carga desde el metal hacia el enlace CH, actuando como un pegamento que lo unía al centro del metal. Pero durante un flujo inverso de electrones del metal al enlace CH, el enlace se rompe cuando el flujo 'actúa como una tijera'", dijo Banerjee.

"... en base a estos hallazgos, se puede hacer un diseño inteligente de catalizadores más eficientes que puedan romper el enlace CH más fácilmente. Catalizadores más eficientes significarían una mejor y más económica utilización de este recurso desperdiciado que es el metano", dijo.

(Editado por Smriti Sinha)

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